JP2007083316A - 関節構造の駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の削減により構造を簡素化するとともに、慣性を小さく抑えて起動トルクを軽減させることにより、低出力駆動源の使用によってコストを削減し、さらに、放熱面積の拡大によって摩擦熱を積極的に放熱して冷却することで耐久性を向上させることができる関節構造の駆動機構を提供する。
【解決手段】 駆動源２０の作動により、出力回転軸２１を回転させ、これに伴なって第１アーム２２を旋回させるとともに、動力伝達機構３０によって第１関節軸２３を逆方向に回転させ、かつ、第２アーム２４を第１アーム２２の逆方向に旋回させる関節構造の駆動機構において、動力伝達機構３０を、第１プーリ３２と、第２プーリ３４およびこれら第１，第２プーリ３２，３４に掛け渡されるタイミングベルト３８Ａによって構成し、第１プーリ３２は駆動源２０側に固定し、かつ、中心部に出力回転軸２１を回転自在に挿通してある。
【選択図】 図２

Description

本発明は、関節構造の駆動機構に係り、たとえば、樹脂成形機によって成形された成形品やスプールなどを型開した金型から取出すのに好適な関節構造の駆動機構に関するものである。

従来、樹脂成形機によって成形された成形品やスプールなどを型開した金型から取出す関節型成形品取出しロボットが提案されている（特許文献１）。

前記特許文献１に記載された関節型成形品取出しロボットは、図３，図４および図５に示すように、１台のサーボモータ２０Ａおよび減速機２０Ｂによって構成される数値制御が可能な駆動源２０と、この駆動源２０の水平方向の出力回転軸２１に基端部を同時回転可能に固着した第１アーム２２と、第１アーム２２の先端部に出力回転軸２１と平行かつ回転自在に支持された水平方向の第１関節軸２３と、この第１関節軸２３に基部を同時回転可能に固着した第２アーム２４と、第２アーム２４の先端部に第１関節軸２３と平行かつ回転自在に支持された水平方向の第２関節軸２５と、この第２関節軸２５に基部を同時回転可能に固着した第３アーム２６と、第３アーム２６の先端部に取付けた把持部取付板２７とを備え、この把持部取付板２７には、射出成形機２８（図６参照）で成形された成形品やスプールなど（図示省略）をたとえば吸着して金型から取出す複数個の把持部２９が取付けられている。なお、この従来例では、第１アーム２２と第２アーム２４のアーム比を１対１に設定している。つまり、出力回転軸２１の軸中心から第１関節軸２３の軸中心までの距離と、第１関節軸２３の軸中心から第２関節軸２５の軸中心までの距離とを同じ大きさに設定している。

出力回転軸２１の回転は、動力伝達機構３０により逆方向の回転に変換して第１関節軸２３に伝達される。動力伝達機構３０は、スペーサ３１を介して駆動源２０における減速機２０Ｂの前側に固定され、かつ中心部に出力回転軸２１を回転自在に挿通した太陽歯車３２と、第１アーム２２の中間部に回転自在に支持されて太陽歯車３２に噛み合う遊星歯車３３と、第１関節軸２３に同時回転可能に固着されて遊星歯車３３に噛み合う従動歯車３４とからなり、太陽歯車３２と遊星歯車３３および従動歯車３４の歯数は、出力回転軸２１の正方向回転角に対して第１関節軸２３が逆方向に２倍の回転角で回転することができるように設定されている。このため、第２アーム２４は第１アーム２２の正方向の旋回角に対して２倍の旋回角で逆方向に旋回することになる。

第１関節軸２３の回転は、姿勢制御機構３５により逆方向の回転として第２関節軸２５に伝達される。姿勢制御機構３５は、スペーサ３５Ａを介して第１アーム２２の先端部に固着されるとともに、第１関節軸２３を回転自在に挿通した固定プーリ３６と、第２関節軸２５に同時回転可能に取付けられた回転プーリ３７と、これら両プーリ３６、３７に掛け渡されたタイミングベルト３８および第２アーム２４とからなり、第１関節軸２３の正方向回転角に対して第２関節軸２５が同じ方向に１／２倍の回転角で回転することができるように設定されている。このため、第３アーム２６は第２アーム２４の正方向の旋回角に対して１／２倍の旋回角で逆方向に旋回することになり、それに伴なって把持部取付板２７と把持部２９が第３アーム２６と同じ旋回角で同じ方向に旋回することにより、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９の姿勢が制御される。

したがって、出力回転軸２１が所定の回転角で反時計まわりに回転して、第１アーム２２が所定の旋回転角で反時計まわりに旋回すると、第１関節軸２３は前記所定の回転角の２倍の回転角で時計まわりに回転するとともに、第２アーム２４は前記所定の旋回角の２倍の旋回角で時計まわりに旋回する。このように、第１関節軸２３が出力回転軸２１の回転角の２倍の回転角で時計まわりに回転し、かつ第２アーム２４が第１アーム２２の旋回角の２倍の旋回角で反時計まわりに旋回すると、第２関節軸２５は第１関節軸２３の１／２倍の回転角で第１関節軸２３の逆方向に回転する。つまり第２関節軸２５は出力回転軸２１と同じ回転角で第１関節軸２３と同じ方向に回転し、第３アーム２６が第２アーム２４の旋回角の１／２倍の旋回角で逆方向に旋回することになる。図８において、３９は制御手段を示し、この制御手段３９から駆動源２０のサーボモータ２０Ａに対して設定したプログラムに基づく制御信号が出力される。なお、図４および図６において、４０は引き抜きユニットを示し、固定プラテン４５の一側（反操作側）に配置され、この引き抜きユニット４０に、プレート４１およびベース４２を介して駆動源２０のサーボモータ２０Ａおよび減速機２０Ｂが連結されており、引き抜きユニット４０内に収容されたアクチュエータ（図示省略）の作動により、関節型成形品取出しロボットは図８の矢印Ｙ１−Ｙ２方向に進退移動する。

前記構成によれば、駆動源２０の出力回転軸２１が反時計まわり（進角方向）に４５度の回転角で回転すると、第１アーム２２は４５度の旋回角で反時計まわりに旋回し、第１関節軸２３は時計まわり（退角方向）に９０度の回転角で回転し、かつ第２アーム２４は９０度の旋回角で時計まわりに旋回するとともに、第２関節軸２５は反時計まわり（進角方向）に４５度の回転角で回転し、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９は４５度の旋回角で反時計まわりに旋回して水平姿勢に保持される。

この状態から、さらに駆動源２０の出力回転軸２１が反時計まわり（進角方向）に４５度の回転角で回転すると、第１アーム２２は４５度の旋回角で反時計まわりに旋回し、第１関節軸２３は時計まわり（退角方向）に９０度の回転角で回転し、かつ第２アーム２４は９０度の旋回角で時計まわりに旋回するとともに、第２関節軸２５は反時計まわり（進角方向）に４５度の回転角で回転し、第３アーム２６は４５度の旋回角で反時計まわりに旋回して、第１アーム２２、第２アーム２４、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９は一直線上で右方向にのびて水平姿勢に保持される。

すなわち、図６に示すように、関節型成形品取出しロボットをタイバー４４に干渉させることなく型開している金型の間の中心位置に進入させて、把持部取付板２７および把持部２９を可動金型（図示省略）に保持されている成形品に対向させることができる。

つぎに、図６に示す引き抜きユニット４０内に収容されたアクチュエータ（図示省略）の作動により、関節型成形品取出しロボットを図３の矢印Ｙ１方向（可動金型に近付く方向）に移動させることにより、把持部２９は成形品に接近した取出し位置に移行しここで成形品をたとえば吸着保持する。把持部２９による成形品の吸着保持が完了すると、前記アクチュエータの作動により、関節型成形品取出しロボットを図３の矢印Ｙ２方向（可動金型から離れる方向）に移動させて、把持部２９を可動金型との対向位置に復帰させる。

前述のように、第１アーム２２、第２アーム２４、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９が一直線上で右方向にのびて水平姿勢に保持されている状態において、制御手段３９から出力される制御信号により、駆動源２０の出力回転軸２１が時計まわり（退角方向）に４５度の回転角で回転すると、第１アーム２２は４５度の旋回角で時計まわりに旋回し、第１関節軸２３は反時計まわり（進角方向）に９０度の回転角で回転し、かつ第２アーム２４は９０度の旋回角で反時計まわりに旋回するとともに、第２関節軸２５は時計まわり（退角方向）に４５度の回転角で回転し、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９は４５度の旋回角で時計まわりに旋回して水平姿勢に保持される。

この状態から、さらに駆動源２０の出力回転軸２１が時計まわり（退角方向）に４５度の回転角で回転すると、第１アーム２２は４５度の旋回角で時計まわりに旋回し、第１関節軸２３は反時計まわり（進角方向）に９０度の回転角で回転し、かつ第２アーム２４は９０度の旋回角で反時計まわりに旋回するとともに、第２関節軸２５は時計まわり（退角方向）に４５度の回転角で回転し、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９は４５度の旋回角で時計まわりに旋回して、第１アーム２２と第２アーム２４が一直線上で左方向にのびて水平姿勢に保持され、かつ、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９が第１アーム２２と第２アーム２４に重なって右側にのびた水平姿勢に保持される。したがって、関節型成形品取出しロボットをタイバー４４に干渉させることなく型開している金型の間から退避させることができ、この位置で把持部２９による成形品の吸着把持を解除して、関節型成形品取出しロボットから成形品を解放してコンベアーまたはシュータなどで受取って回収する。

特開２０００−１５８３６６号公報

ところが、前記特許文献１に記載されている関節型成形品取出しロボットでは、動力伝達機構３０を駆動源２０における減速機２０Ｂの前側に固定され、かつ中心部に出力回転軸２１を回転自在に挿通した太陽歯車３２と、第１アーム２２の中間部に回転自在に支持されて太陽歯車３２に噛み合う遊星歯車３３と、第１関節軸２３に同時回転可能に固着されて遊星歯車３３に噛み合う従動歯車３４とからなる歯車列によって構成しているので、部品点数が多くなって構造を複雑にしているとともに、歯車列は慣性が大きいので、起動トルクが大きくなるので、高出力の駆動源２０が必要になってコスト高を招く。また、歯車列は放熱面積が小さいので、噛み合いによって生じる摩擦熱を積極的に放熱して冷却することが期待できない。このため、軸受部の熱劣化を招くおそれを有し、これが動力伝達機構３０の耐久性を低下させる一因になっている。

本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、部品点数の削減により構造を簡素化するとともに、慣性を小さく抑えて起動トルクを軽減させることにより、低出力駆動源の使用によってコストを削減し、さらに、放熱面積の拡大によって摩擦熱を積極的に放熱して冷却することで耐久性を向上させることができる関節構造の駆動機構を提供するものである。

本発明は、関節軸によって互いに連結したアームを備えた関節構造の駆動機構において、無端可撓体を動力伝達媒体とした動力伝達機構によって、前記関節軸と前記アームを駆動するように構成したことを特徴とするものである。

これによれば、無端可撓体を動力伝達媒体とした動力伝達機構によって、関節軸と前記アームを駆動できるので、歯車列によって構成された動力伝達機構と比較して、部品点数を削減して構造を簡素化するとともに、慣性を小さく抑えて起動トルクを軽減させるばかりか、放熱面積を拡大することができる。

また、本発明は、前記動力伝達機構を、第１アームを旋回させこの旋回に追従して第２アームを旋回させるために該第２アームに固着した第１関節軸を回転させる第１動力伝達部と、前記第１関節軸の回転に追従して第２アームに支持されている第２関節軸を回転させるとともに、該第２関節軸に固着した部材の姿勢を制御する第２動力伝達部とを備えていることを特徴とするものである。このようにすることで、第１動力伝達部によって第１アームを旋回させ、この旋回に追従して第２アームを旋回させるために該第２アームに固着した第１関節軸を回転させることができ、第１関節軸を駆動側とした第２動力伝達部によって第２関節軸を回転させながら、第２動力伝達部を、第２関節軸に固着した部材の姿勢を制御する姿勢制御機構として機能させることができる。

さらに、本発明は、前記第１動力伝達部を、駆動源に固着された停止体と前記第１関節軸に固着された回転体および該回転体と前記停止体とに掛け渡された無端可撓体によって構成し、前記第２動力伝達部を、前記第１関節軸を回転自在に挿通して第１アームに固着された停止体と前記第２アームに回転自在に保持された回転体およびこれら回転体に掛け渡された無端可撓体によって構成することが望ましい。このようにすることで、駆動源によって第１アームを旋回させ、この旋回に追従して第１関節軸を駆動源の回転方向の反対に回転させることができ、第１関節軸の回転により、第２関節軸を回転させながら該第２関節軸に固着した部材の姿勢を制御することができる。

本発明によれば、無端可撓体を動力伝達媒体とした動力伝達機構によって、関節軸と前記アームを駆動できるので、歯車列によって構成された動力伝達機構と比較して、部品点数を削減して構造を簡素化するとともに、慣性を小さく抑えて起動トルクを軽減させることにより、低出力駆動源の使用を可能にしてコストの削減を図ることができる。また、無端可撓体によって放熱面積を拡大できるので、摩擦熱を積極的に放熱して冷却効果を高めて、関節構造の駆動機構の耐久性を向上させることができる。

図１は本発明に係る関節構造の駆動機構の実施形態を示す正面図、図２は図１の左側面断面図である。なお、数値制御が可能な駆動源２０、出力回転軸２１、第１アーム２２、第１関節軸２３、第２アーム２４、第２関節軸２５、第３アーム２６、把持部取付板２７、把持部２９などの各部の構造は、図３，図４，図５で説明したものと同一であるので、これらの説明は省略し、以下では、各部の符号は図３，図４，図５と同一または相当部分については同一の符号で示して説明する。

図１および図２において、動力伝達機構３０は、第１動力伝達部として機能するもので、第１プーリ３２と、第２プーリ３４およびこれら第１，第２プーリ３２，３４に掛け渡されるタイミングベルト３８Ａによって構成されており、第１プーリ３２は駆動源２０における減速機２０Ｂの前側に固定され、かつ、中心部に出力回転軸２１を回転自在に挿通してある。また、第２プーリ３４は、第１関節軸２３に同時回転可能に固着されており、出力回転軸２１の正方向回転角に対して第１関節軸２３が逆方向に２倍の回転角で回転することができるように、第１プーリ３２の直径を第１プーリ３４の直径よりも大きく設定してある。このため、第２アーム２４は第１アーム２２の正方向の旋回角に対して２倍の旋回角で逆方向に旋回することになる。

第１関節軸２３の回転は、第２動力伝達部として機能する姿勢制御機構３５により逆方向の回転として第２関節軸２５に伝達される。姿勢制御機構３５は、第１アーム２２の先端部に固着されるとともに、第１関節軸２３を回転自在に挿通した固定プーリ３６と、第２関節軸２５に同時回転可能に取付けられた回転プーリ３７と、これら両プーリ３６、３７に掛け渡されたタイミングベルト３８および第２アーム２４とからなり、第１関節軸２３の正方向回転角に対して第２関節軸２５が同じ方向に１／２倍の回転角で回転することができるように、回転プーリ３７の直径を固定プーリ３６の直径よりも大きく設定してある。このため、第３アーム２６は第２アーム２４の正方向の旋回角に対して１／２倍の旋回角で逆方向に旋回することになり、それに伴なって把持部取付板２７と把持部２９が第３アーム２６と同じ旋回角で同じ方向に旋回することにより、第３アーム２６、把持部取付板２７および把持部２９の姿勢が制御される。

したがって、出力回転軸２１が所定の回転角で反時計まわりに回転して、第１アーム２２が所定の旋回転角で反時計まわりに旋回すると、第１関節軸２３は前記所定の回転角の２倍の回転角で時計まわりに回転するとともに、第２アーム２４は前記所定の旋回角の２倍の旋回角で時計まわりに旋回する。このように、第１関節軸２３が出力回転軸２１の回転角の２倍の回転角で時計まわりに回転し、かつ第２アーム２４が第１アーム２２の旋回角の２倍の旋回角で時計まわりに旋回すると、第２関節軸２５は第１関節軸２３の１／２倍の回転角で第１関節軸２３の同じ方向に回転する。つまり第２関節軸２５は出力回転軸２１と同じ回転角で第１関節軸２３と同じ方向に回転し、第３アーム２６が第２アーム２４の旋回角の１／２倍の旋回角で逆方向に旋回することになる。

動力伝達機構３０を、第１プーリ３２と、第２プーリ３４およびこれら第１，第２プーリ３２，３４に掛け渡されるタイミングベルト３８Ａによって構成しているので、歯車列によって構成した従来の動力伝達機構３０と比較して、部品点数を削減して構造を簡素化するとともに、慣性を小さく抑えて起動トルクを軽減させることにより、低出力駆動源の使用を可能にしてコストの削減を図ることができる。また、タイミングベルト３８Ａによって放熱面積を拡大できるので、摩擦熱を積極的に放熱して冷却効果を高めて、関節構造の駆動機構の耐久性を向上させることができる。

なお、前記実施形態で説明した第１プーリ３２、第２プーリ３４、固定プーリ３６、回転プーリ３７に代えてスプロケットを使用し、タイミングベルト３８、３８Ａに代えてエンドレス状のチェインを使用してもよい。

本発明に係る関節構造の駆動機構の実施形態を示す正面図である。 図１の左側面断面図である。 従来例の平面断面図である。 図３のＡ−Ａ矢視図である。 図３のＢ−Ｂ矢視図である。 横型射出成形機への取付状態の一例を示す説明図である。

符号の説明

２０ 駆動源
２２ 第１アーム
２３ 第１関節軸（関節軸）
２４ 第２アーム
２５ 第２関節軸（関節軸）
３０ 動力伝達機構
３２ 第１プーリ（停止体）
３４ 第２プーリ（回転体）
３５ 姿勢制御機構
３８ タイミングベルト（無端可撓体）
３８Ａ タイミングベルト（無端可撓体）

Claims (3)

1. 関節軸によって互いに連結したアームを備えた関節構造の駆動機構において、無端可撓体を動力伝達媒体とした動力伝達機構によって、前記関節軸と前記アームを駆動するように構成したことを特徴とする関節構造の駆動機構。
2. 請求項１に記載の関節構造の駆動機構において、
   前記動力伝達機構は、第１アームを旋回させこの旋回に追従して第２アームを旋回させるために該第２アームに固着した第１関節軸を回転させる第１動力伝達部と、前記第１関節軸の回転に追従して第２アームに支持されている第２関節軸を回転させるとともに、該第２関節軸に固着した部材の姿勢を制御する第２動力伝達部とを備えていることを特徴とする関節構造の駆動機構。
3. 請求項２に記載の関節構造の駆動機構において、
   前記第１動力伝達部は、駆動源に固着された停止体と前記第１関節軸に固着された回転体および該回転体と前記停止体とに掛け渡された無端可撓体によって構成され、前記第２動力伝達部は、前記第１関節軸を回転自在に挿通して第１アームに固着された停止体と前記第２アームに回転自在に保持された回転体およびこれら回転体に掛け渡された無端可撓体によって構成されていることを特徴とする関節構造の駆動機構。

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